木材结构

针叶材树干横截面由髓心、心材、边材和树皮组成。有些树种的横截面颜色比边材还深,如落叶松和栎木。其他一些树种心材和边材没有明显区分,如云杉和银杉。但绝大多数树种都有心材。心材颜色较深的树种一般比颜色较浅的树种能更好的抵抗微生物侵蚀。

心材的抗腐蚀性比边材更好,这一点在近地面处并不明显,但在地面以上的部分就大不相同。心材的含水率在30%至50%之间,而边材中心含水率达50%,树皮则可达160%。

微观层面木结构类似于管束状细胞。不同树种的细胞尺寸和细胞壁厚度不同,但细胞壁特征相差无几。这决定了木材的密度大约为1500千克/立方米,因此木材的弹性模量、抗拉强度、密度等属性与细胞壁厚度息息相关。

对称结构

树干的结构几乎是圆柱形轴对称的。从髓心向切下一个立方块,则可以辨识出三个相互垂直的面。木材是一种三向正交、各向异性的材料。三个对称面分别沿L方向(顺纹方向)、R方向(径向)和T方向(弦切方向)。

营养运输

边材将水和营养吸收输送到树叶。光合作用在树叶发生,二氧化碳、营养和太阳能被转化为营养后再输送给树木的每一个活细胞中。这个输送过程发生在边材和形成层之外的韧皮部,一直运输到最细的树根。树干的横截面大部分是树皮,保护树干不受感染和失水。

强度

木材强度各向异性。下表为密度约420千克/m³、含水率约12%条件下的无缺陷云杉和赤松强度数值。

顺纹方向
(兆帕)

横纹方向
(兆帕)
抗拉强度
100
3
抗压强度
50
7
抗剪强度
10
5

硬度

在木地板等某些应用情况下,木材硬度是至关重要的特性。木材硬度与密度相关,密度越高,硬度越大。木材硬度常通过向木材表面施压钢珠来测试,被称为布氏硬度试验。

木材种类 硬度(布氏硬度试验
木材端部
木材主表面

粘胶桤木

3.7
1.4
榆木
6.4
2.1-3.8
欧洲梣木
6.5
3.0-4.1
轻木
0.7
0.2-0.3
桦木
-
2.2-2.7
欧洲水青冈
7.2
2.7-4.0
欧洲栎木
6.4-6.6
3.4-4.1
赤松
4
1.9
云杉
3.2
1.2
欧洲落叶松
5.2
1.9-2.5
树干基本结构
树干基本结构
木纹比较
木纹比较
树干运输水和营养示意图
树干运输水和营养示意图

 
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